集成電路基板 - 汽車雷達和密集無線電頻譜：潜在的都市電子戰場

隨著汽車雷達的日益普及，城市環境中擁擠的無線電頻譜將成為“電子戰場” 雷達將面臨無意或故意干擾的聯合攻擊，設計者必須實施電子戰（EW）中的抗干擾科技。 汽車雷達通常會受到拒絕或欺騙性干擾。 拒絕干擾會使受害者車輛的雷達失明。 該科技將降低信噪比，從而降低目標檢測概率。 另一方面，欺騙性干擾會使受害者車輛的雷達相信存在虛假目標。 受害者車輛的雷達失去了跟踪真實目標的能力，囙此受害者車輛的行為受到嚴重影響。 這些干擾可能源於車載雷達之間的相互干擾，或使用廉價硬體將强連續波（CW）訊號簡單地定向到受害者車載雷達和蓄意攻擊。

雖然現時的干擾避免科技可能足以應對當今的情况，但隨著雷達感測器的擴散，汽車將需要使用靈活類型的緩解科技，或將此類科技與干擾避免方法相結合。 靈活的科技包括時頻域信號處理或複雜雷達波形。

干擾 調頻連續波雷達
雷達波形是在存在干擾的情况下判斷感測器效能的關鍵系統參數之一. 現時，77 GHz頻段的汽車雷達主要使用FMCW波形. 在裡面 調頻連續波雷達, CW訊號在射頻頻帶的頻率上線性掃頻或啁啾. Figure 1 shows an FMCW chirp sequence (CS) waveform. The frequency difference (fB, beat frequency) of the echo signal is proportional to the distance R to the target, 可通過以下關係確定：

其中，fsweep是頻率的變化，Tchirp是頻率掃描的時間。

在密集的射頻環境中, 當 調頻連續波雷達 感測器在頻帶的同一部分工作. 迎面車輛干擾的典型示例如圖2a所示.
Rejected jamming (b) and deceptive jamming (c) of 調頻連續波雷達 in driving scenario (a)
Rejection interference
Any FMCW-type strong jamming signal falling into the receiver bandwidth will increase the noise floor of the victim radar. Such rejection interference may cause small targets (ie, small radar cross section (RCS)) to disappear due to poor SNR. 也可以故意進行拒絕干擾, 只需在 調頻連續波雷達 受害者車輛的.

Deceptive interference
If the jamming signal scan is synchronized but delayed along with the victim radar, then its effect will be to produce deceptive false targets at a fixed distance (Figure 2c). 這種技術在電子戰干擾機中非常常見. 類似的迎面而來的車載雷達將成為無意干擾機. 然而, 目標雷達和干擾雷達之間的時間對準概率將非常小. 小於受害雷達最大距離延遲的干擾機延遲偏移量可能看起來像真實目標. 例如, 200m的最大距離要求掃描對準誤差小於1.3微秒. 然而, 在迎面而來的汽車平臺上安裝複雜的電子戰類設備, 此類欺騙性攻擊可能是故意進行的.

更普遍地說，欺騙性干擾是基於對受害雷達訊號的重發，但其延遲和頻率會有系統地改變。 這可能是非相干的（本例中的干擾機稱為轉發器）或相干的（本例中的干擾機稱為中繼器）。 中繼器接收、更改和重發一個或多個干擾訊號，而應答器在干擾機檢測到目標受害者雷達訊號時發送預定訊號。

基於中繼器的複雜攻擊通常需要數位射頻記憶體（DRFM）。 DRFM可以執行協調的距離延遲和都卜勒門拖航攻擊。 囙此，它將保持虛假目標的距離和都卜勒特性來欺騙目標雷達。

Interference mitigation technology
Basic radar interference mitigation techniques mainly rely on methods of avoiding interference. 目的是减少空間的可能性, 時間和頻率重疊, 例如：

*空間：使用較窄的電子掃描光束可以降低干擾風險。 遠程汽車巡航控制（ACC）雷達的典型視場為±8度。 然而，强干擾訊號仍然可以通過天線旁瓣造成有效干擾。

*時間：隨機生成FMCW啁啾斜率參數，以避免週期性干擾。

*頻譜：隨機產生FMCW啁啾起始和終止頻率，以减少重疊和干擾的概率。

隨機化的基本方法將避免與其他雷達的意外同步，但在密集射頻環境中可能不會如此有用。 越來越多的雷達感測器需要更複雜和靈活的科技來減輕干擾。

Detect and repair
Another way to avoid interference is to use signal processing algorithms to repair the received waveform. 時頻域科技能有效應對拒絕型干擾攻擊. In the oncoming car scene (Figure 2), 干擾機會在很短的時間內掃描所有頻率箱. 這種快速時變訊號在常規FFT域中表現為一個升高的雜訊底. 時頻域信號處理科技將訊號傳輸到另一個域. 與FFT域相比, 更容易過濾掉此域中的干擾.

對於時變訊號，短時傅立葉轉換（STFT）可以提供比常規FFT更多的資訊。 基於STFT的科技可用於消除窄帶干擾（見圖3）。 STFT基本上通過訊號移動一個視窗，並獲得視窗間隔的FFT。 訊號在頻域中進行濾波以去除干擾分量，然後轉換回時域。 圖4顯示了具有重疊射頻啁啾序列的典型FMCW干擾情况，以及STFT域中產生的中頻差拍訊號。 右側顯示的是中頻域，這是混合雷達（藍色）和干擾（橙色）訊號的最終結果。 水平線表示目標，V形垂直線表示存在干擾訊號。 相同或相反方向的干擾FMCW，甚至類似於CW的慢啁啾，對中頻訊號有類似的影響。 在所有這些干擾情况下，快速移動的V形中頻訊號將新增常規FFT域中的雜訊底。

基於振幅的掩蔽可用於濾除STFT域中的干擾訊號. 當然, 前提是受害雷達的前端和量化部分具有足够的動態範圍，以同時線性處理較强的干擾訊號和較小的預期目標訊號. 圖5a顯示了强干擾訊號, 圖5b顯示了處理後的STFT. 在强烈干擾的情况下, 如圖5a所示, 多個真實目標不可見. 在圖5b中, 消除了V形干擾訊號； 當傳輸回時域時, 低信噪比目標現在可以識別.
在拒絕型干擾情况下, 基於STFT的干擾抑制科技可用於處理强干擾. 用於欺騙性干擾攻擊, 僅STFT無法驗證返回訊號是否為真.

Encrypted radio frequency
The basic countermeasure to reduce the impact of repeater deceptive jamming attacks is to use low probability intercept (LPI) radar waveforms. 低截獲概率雷達的目的是將輻射能量分散在較寬的頻譜上，以避免被探測到, 通常使用准隨機掃描, 調製或跳頻序列. FMCW是LPI波形. 如果在頻率啁啾中引入相位編碼或加密, 它可以進一步降低DRFM截獲汽車雷達訊號的概率. 每個雷達感測器獨特的加密射頻特性可以驗證返回訊號的真實性.

Two of the same radars (installed on different cars) have frequency offsets and delays between them, 在受害者雷達中創建虛假目標. The jamming radar and the victim radar are aligned in time (same chirp slope and shorter offset). 在這種情況下, 相位編碼 調頻連續波雷達 可提供高抗干擾能力. 正交碼的使用也使得 多輸入多輸出雷達 操作可行, 從而支持多個波形的同時傳輸.